原子物理學(xué)教學(xué)方法論文
原子物理學(xué)教學(xué)方法論文
摘 要：原子物理學(xué)是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要必修課，也是核科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課。
針對教學(xué)中實(shí)際問(wèn)題及學(xué)生意見(jiàn)的反饋，結合原子物理學(xué)教學(xué)實(shí)踐，進(jìn)行教學(xué)方法上的探討和嘗試，初步提出了原子物理學(xué)的教學(xué)方法。
關(guān)鍵詞：原子物理學(xué) 教學(xué)方法 量子理論
原子物理學(xué)是研究原子結構、運動(dòng)規律及相互作用的學(xué)科，是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的基礎課程，也是核類(lèi)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課程，上承經(jīng)典物理學(xué)，下接量子力學(xué)和原子核物理等重要課程。
相比經(jīng)典物理學(xué)課程原子物理學(xué)有很大差別，首先，原子物理學(xué)課程不像普通物理學(xué)課程從基本物理概念和物理規律出發(fā)進(jìn)行嚴密的理論運算推導得到更普遍的基礎理論，而是遵循從實(shí)踐出發(fā)―理論模型建立―實(shí)踐檢驗的認識過(guò)程，應用更多的是總結、歸納的方法;其次，研究對象是微觀(guān)體系，而學(xué)生對微觀(guān)現象缺乏直觀(guān)的感性認識。
正是由于這些差異，大部分學(xué)生在學(xué)習中感覺(jué)原子物理學(xué)知識點(diǎn)凌亂，理不清頭緒，導致不能鞏固和深化所學(xué)知識。
因此，在教學(xué)中如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，引導學(xué)生把握課程主線(xiàn)，認識原子運動(dòng)規律，形成新概念，進(jìn)而培養學(xué)生自學(xué)能力、思維能力、研究能力等成為原子物理學(xué)教學(xué)中需要探討的問(wèn)題。
本文針對褚圣麟先生教材《原子物理學(xué)》的教學(xué)淺談個(gè)人教學(xué)過(guò)程中的認識。
1 學(xué)習興趣的培養
學(xué)習興趣指一個(gè)人對學(xué)習的一種積極的認識傾向與情緒狀態(tài)。
學(xué)生對某一學(xué)科有興趣，就會(huì )持續地專(zhuān)心致志地鉆研它，從而提高學(xué)習效果。
學(xué)習興趣既是學(xué)習的原因，又是學(xué)習的結果。
由此，培養學(xué)生最初的學(xué)習興趣，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習中找到樂(lè )趣，由被動(dòng)的學(xué)習轉變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習、好學(xué)、樂(lè )學(xué)，在培養學(xué)生的自學(xué)能力過(guò)程中具有重要的意義。
如何培養學(xué)生對原子物理學(xué)學(xué)習的興趣，筆者從教學(xué)實(shí)踐中總結如下幾個(gè)方面。
1.1 結合物理學(xué)史增強學(xué)習內容的趣味性
原子物理發(fā)展史料豐富，若將史料運用于原子物理教學(xué)中，將起到事半功倍的效果。
在授課中將原子物理學(xué)發(fā)展史融入知識的傳授可增強學(xué)習的趣味性。
如電子發(fā)現最早進(jìn)行試驗的并不是湯姆遜，試驗結果最精確的也不是湯姆遜，但湯姆遜是第一個(gè)敢于突破常規認識而提出新粒子是電子的人，這一簡(jiǎn)介讓學(xué)生明白科學(xué)研究中要尊重科學(xué)事實(shí)，敢于突破傳統認識;講述量子化概念提出時(shí)介紹普朗克為解釋黑體輻射提出量子化概念的歷程，由于這一嶄新理論與經(jīng)典理論的沖突，普朗克本人也不是特別堅決，此后他曾試圖放棄量子論，用經(jīng)典物理學(xué)方法重新解決黑體輻射問(wèn)題，但均未成功，讓學(xué)生認識科學(xué)發(fā)展中開(kāi)創(chuàng )性革新的不易。
可以說(shuō)原子物理的發(fā)展中，充滿(mǎn)對已有思想觀(guān)念的顛覆和新思想的建立，這些都需要科學(xué)懷疑和批判精神，充分說(shuō)明科學(xué)無(wú)絕對權威，科學(xué)懷疑精神和獨立思考是科學(xué)進(jìn)步的動(dòng)力。
通過(guò)物理學(xué)史的介紹，能在課堂上吸引學(xué)生的注意，使課堂氣氛活躍，激發(fā)學(xué)生對原子物理學(xué)的興趣，在輕松快樂(lè )的氛圍中學(xué)習，同時(shí)學(xué)習科學(xué)的批判精神，培養學(xué)生創(chuàng )新能力。
1.2 結合課程內容介紹原子物理學(xué)中的難題激發(fā)學(xué)生鉆研興趣
好奇心和探索欲望是科學(xué)研究的原動(dòng)力，在教學(xué)中通過(guò)介紹課本中出現而尚未完全認識明白的物理概念、物理問(wèn)題，能極大激發(fā)學(xué)生的認識和探索欲望，教師可引導學(xué)生對相關(guān)問(wèn)題的研究現狀進(jìn)行調研并匯報，在這一過(guò)程中既能促進(jìn)學(xué)生了解學(xué)科的研究前沿，也能使學(xué)生加深對基本物理概念、原理的認識，同時(shí)有助于培養學(xué)生的實(shí)踐能力和初步的科研能力。
在原子物理學(xué)教材中有不少世界性的難題，如，在索末菲橢圓軌道理論和相對論效應中提出的精細結構常數所包含的物理含義、數值為什么剛好約為1/137;為解釋光譜精細結構產(chǎn)生而引人的電子自旋的概念人們是否已經(jīng)完全認識清楚等，這些問(wèn)題在教學(xué)中可充分利用，調動(dòng)學(xué)生的探索欲望，激發(fā)學(xué)生的鉆研興趣。
1.3 結合物理學(xué)發(fā)展前沿介紹激發(fā)學(xué)生研究興趣
原子是從宏觀(guān)到微觀(guān)的第一個(gè)層次，物質(zhì)世界各個(gè)層次的結構和運動(dòng)變化相互聯(lián)系、相互影響，很多其他重要學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展以原子物理為基礎，在課程教學(xué)中結合課程內容穿插原子物理學(xué)與相關(guān)學(xué)科的交叉及原子物理學(xué)發(fā)展的前沿介紹，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣和鉆研熱情。
如講述α粒子散射實(shí)驗時(shí)，介紹原子碰撞研究方法已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重要的研究方向，涉及各種基本粒子與原子和分子碰撞的物理過(guò)程等;講述激光原理時(shí)，介紹激光技術(shù)的發(fā)展及其對原子物理學(xué)發(fā)展的促進(jìn)，介紹我國激光領(lǐng)域研究的國際地位等。
學(xué)科前沿的介紹能幫助學(xué)生認識學(xué)習本學(xué)科的社會(huì )意義及其與個(gè)人的關(guān)系，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習的社會(huì )責任感。
2 把握課程主線(xiàn)
原子物理學(xué)的內容不像經(jīng)典物理學(xué)具有嚴密的邏輯體系，因此在教學(xué)中拎�課程的主線(xiàn)有助于學(xué)生系統的掌握課程的知識內容。
對原子結構的認識發(fā)展，課程以光譜分析法為主線(xiàn)：從原子光譜規律出發(fā)，原子光譜規律的變化可以反映出原子內部能級的特點(diǎn)，進(jìn)而探究原子內部的作用及其規律。
對原子內部作用的認識，課程以量子力學(xué)中的角動(dòng)量概念為主線(xiàn)：從玻爾氫原子理論的角動(dòng)量量子化假設的提出，到單電子的軌道角動(dòng)量與自旋角動(dòng)量的耦合解釋精細結構的產(chǎn)生，及兩個(gè)電子體系的LS耦合和JJ耦合等，并進(jìn)一步明確角動(dòng)量與磁矩概念的對應，角動(dòng)量耦合的本質(zhì)是粒子間電磁相互作用，自旋和軌道運動(dòng)的相互作用引起原子能級的分裂和塞曼效應能級分裂在本質(zhì)上是相同的。
3 講清基本概念
楊福家先生提出了原子物理學(xué)教學(xué)要注重“培養智能”，課程講述做到“言猶未盡”，“既講清楚又不講清楚”。
這也就要求老師要把握課程教學(xué)中哪些要講清楚，哪些可不講清楚。
對基本概念和基本物理模型我們要力圖闡述清楚，如，原子結構模型的提出，從背景到實(shí)驗過(guò)程、理論推導和實(shí)驗驗證給出了詳細的講解，而其中盧瑟福散射理論公式(散射角與瞄準距離關(guān)系式)的推導可以引導學(xué)生自己在課余推導。
又如，原子空間取向量子化概念，學(xué)生剛接觸量子理論，很容易將角動(dòng)量量子化與取向量子化混淆，講解中要讓學(xué)生理解取向的概念即矢量方向的描述，講清了這個(gè)概念有助于對史特恩-蓋拉赫實(shí)驗的理解，而實(shí)驗中偏轉位移公式的推導可以留給學(xué)生自己完成等等。
根據原子物理學(xué)的特點(diǎn)，在教學(xué)中要努力貫徹啟發(fā)式教學(xué)原則，倡導學(xué)生加強課外閱讀，進(jìn)行讀書(shū)報告、討論等多種教學(xué)模式有機結合，對提高原子物理學(xué)教學(xué)是非常必要的。
參考文獻
[1] 丁肇中.論科學(xué)研究的原動(dòng)力―好奇心是科學(xué)研究的原動(dòng)力[J].上海交通大學(xué)學(xué)報：哲學(xué)社會(huì )科學(xué)版，2002，10(4)：3-5.
[2] 楊福家.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社.
[3] 褚圣麟.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社.
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